[发明专利]一种用于点阵式无掩模光刻的曝光帧数据的产生方法

说明书

技术领域

本发明属于光刻技术领域中涉及的一种无掩模曝光帧数据的产生方法。

背景技术

半导体工业中，光刻设备成为大规模集成电路、印刷电路板、平板显示器等设备制造过程中的主要设备。在传统投影光刻技术中，先将所需图形刻画在掩模板上，再使用高精度微缩投影镜头将掩模板上的图形投影到涂有光刻胶的基片上，其中一个掩模板对应一幅所要投影的图形。

随着大规模集成电路特征尺寸的不断减小，掩模板的造价越来越高，而且制造大规模集成电路时需要使用多个掩模板。同时，对于制造大面积印刷电路板和平板显示器，需要更大尺寸的掩模板，进而要求投影光学系统的曝光视场更大，对光学系统要求更高，从而大大地提高工作成本。

无掩模光刻系统使用空间光调制器取代了传统光刻中的掩模板作为图形发生器，通过控制空间光调制器单元对入射光的调制来产生所需图形，再经过微缩投影镜组将图形投影到涂有光刻胶的基片上。这种无掩模光刻方法可以实时的产生光刻图形，能轻易实现多重图形的光刻，在印刷电路板、平板显示器等制造领域，无掩模光刻技术明显地优越于传统光刻技术，受到业内人士的高度重视。

美国TI公司生产的数字微镜器件（DMD）由成千上万个边长为十几微米的正方形微反射镜组成，一个微反射镜控制一个像素的光的通断。每个微反射镜可以绕平衡位置正负旋转固定角度（±10°或±12°），当处在正向倾斜时，处于该像素“开”的状态，当处在负向倾斜时，处于该像素“关”的状态。每一个微反射镜都可以用二进制信号独立寻址，微反射镜“开”和“关”的状态对应二进制信号的“1”和“0”。通过控制每个微反射镜的倾斜状态，能产生所需图形。所有的微反射镜状态按照统一的频率刷新，即是DMD的帧频。每一次输入给DMD所有微反射镜的二进制信号称为一帧。使用DMD作为空间光调制器的无掩模光刻系统就是通过一定方法产生所需要的帧数据传输给DMD，控制DMD微反射镜的开关，通过光学系统和一定的扫描方式，在基片上形成所需的光刻图形。这种传输给DMD用来控制每个微反射镜何时在基片的何处曝光（“开”或“关”）的数据为该系统的曝光帧数据。

由于DMD微反射镜单元为矩形且微反射镜之间存在间隙，直接使用DMD产生的图形进行微缩投影会使得到的光刻图形边缘很不平滑，而且很难得到连续的无缝图形。为了克服上述缺陷，美国Ball semiconductor公司使用DMD发明一种点阵式无掩模光刻系统，开辟了另一种利用DMD的无掩模光刻模式。这种点阵式无掩模光刻系统在将从DMD反射出来的光束阵列投射到具有滤波器的微透镜阵列上，每一个DMD微反射镜发出的光线对应一个微透镜；经过微透镜的聚焦，在微透镜阵列的焦面上形成与DMD微反射镜数目相同的聚焦点阵列，点阵中各相邻点在水平和竖直之间的距离相等；在经过缩倍投影透镜组，将聚焦点阵缩小。为了快速得到高分辨率的图形，将DMD和微透镜阵列一起旋转，与平台扫描方向成一个固定角度，采用聚焦点部分重叠的扫描方法，扫描平台匀速运动，每扫描一段距DMD换一次帧数据，可产生任意形状的光刻图形。DMD数据每换一帧，扫描平台所经过的距离为一个扫描步长s。

聚焦点阵相对于扫描方向旋转一个角度，扫描时前面点遗留下的空缺由后面因倾斜而在扫描方向上产生错位的聚焦点补上，如此就能扫描整个基板，中间不留空缺。更多的信息可以从Ball semiconductor公司所有的美国专利US6,473,237B2“PIONT ARRAY MASKLESS LITHOGRAPHY”中获取。

这种点阵式无掩模光刻系统，克服了直接使用DMD产生投影图像所产生的图形边缘不平滑等缺陷，具有结构简单，生产率高，可以产生任意形状的图形等优点。由于不再是利用DMD直接形成图像，而是利用DMD同时控制所有的聚焦点何时在何处开或关，因此这种方法传输给DMD的帧数据的生成变得尤为重要。

传统的帧数据产生方法中，采取每经过一个步长的距离，都将聚焦点所在区域与用户输入图像相对照，根据聚集点所在位置与图形的覆盖情况，给每个聚焦点设置“开”或“关”。对于1024×768像素的DMD，每一个步长都要判断1024×768次，无疑需要大量的时间来处理数据，大大降低了生产效率。